Le gaz couramment utilisé pour le plasma dans la pulvérisation cathodique est généralement un gaz inerte, l'argon étant le choix le plus courant et le plus rentable. Les gaz inertes tels que l'argon, le krypton, le xénon et le néon sont préférés parce qu'ils ne réagissent pas avec le matériau cible ou le substrat et qu'ils fournissent un milieu pour la formation du plasma sans altérer la composition chimique des matériaux concernés.
Explication détaillée :
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Sélection du gaz inerte :
- Le choix d'un gaz inerte est crucial dans la pulvérisation cathodique car le gaz ne doit pas réagir chimiquement avec le matériau cible ou le substrat. Cela garantit que le processus de dépôt reste chimiquement stable et n'introduit pas de composés indésirables dans le film déposé.
- L'argon est le gaz le plus couramment utilisé en raison de sa disponibilité et de sa rentabilité. Il possède un poids atomique approprié qui permet un transfert efficace de la quantité de mouvement pendant le processus de pulvérisation, ce qui est essentiel pour obtenir des vitesses de pulvérisation et de dépôt élevées.
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Formation du plasma :
- Le plasma est créé en ionisant le gaz de pulvérisation dans une chambre à vide. Le gaz est introduit à basse pression, généralement quelques milliTorr, et une tension DC ou RF est appliquée pour ioniser les atomes du gaz. Ce processus d'ionisation forme un plasma, composé d'ions chargés positivement et d'électrons libres.
- L'environnement du plasma est dynamique, avec des atomes de gaz neutres, des ions, des électrons et des photons en quasi-équilibre. Cet environnement facilite le transfert d'énergie nécessaire au processus de pulvérisation.
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Processus de pulvérisation :
- Pendant la pulvérisation, le matériau cible est bombardé par des ions provenant du plasma. Le transfert d'énergie de ces ions provoque l'éjection de particules du matériau cible et leur dépôt sur le substrat.
- La vitesse de pulvérisation, c'est-à-dire la vitesse à laquelle le matériau est retiré de la cible et déposé sur le substrat, dépend de plusieurs facteurs, dont le rendement de pulvérisation, le poids molaire de la cible, la densité du matériau et la densité du courant ionique.
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Variations dans la sélection des gaz :
- Si l'argon est le choix le plus courant, la sélection du gaz de pulvérisation peut être adaptée en fonction du poids atomique du matériau cible. Pour les éléments plus légers, des gaz comme le néon peuvent être préférés, tandis que pour les éléments plus lourds, le krypton ou le xénon peuvent être utilisés pour optimiser le transfert de quantité de mouvement.
- Les gaz réactifs peuvent également être utilisés dans certains procédés de pulvérisation pour former des composés sur la surface de la cible, en vol, ou sur le substrat, en fonction des paramètres spécifiques du procédé.
En résumé, le choix du gaz pour le plasma dans la pulvérisation est principalement un gaz inerte, l'argon étant le plus répandu en raison de ses propriétés inertes et de son poids atomique approprié pour une pulvérisation efficace. Cette sélection garantit un environnement stable et contrôlable pour le dépôt de couches minces sans introduire de réactions chimiques susceptibles d'altérer les propriétés souhaitées du matériau déposé.
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